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Observation et quantification des substances particulaires et dissoutes par télédétection spatiale: exemple de la plume de l’Adour. Par J-M Froidefond, Chercheur CNRS, Laboratoire EPOC/ OASU, Université Bordeaux-1

RISQUES DE POLLUTION Les polluants d’origine continentale déversés en mer - Caractéristiques des images satellites - La plume de l’Adour et les mesures océanographiques - Mesures hydrologiques, de turbidité et du phytoplancton - Mesures optiques pour calibrer les images satellites - Différents aspects de la plume turbide de l’Adour - Son déplacement mesuré à partir des images satellites - Et à partir de mesures in situ. - Conclusion Avec des documents de Caroline PETUS (Thèse Bourse CIFRE, Lyonnaise des Eaux)


Les polluants. Polluants ayant des effets sur la santé humaine amenés jusqu’aux eaux côtières par l’Adour. Pesticides (organochlorés, organophosphorés. pyréthroïdes, triazines..) La France est le 2 ème consommateur mondial de pesticides !!!. Engrais (nitrates, phosphates). Mauvais fonctionnement des stations. Pollution par les métaux dissous (plomb, mercure, cadmium) par l’uranium (monazite)

Pollution par les bactéries. La plus préoccupante pour l’Adour.

a) Vue aérienne des plages d’Anglet, b) Cartographie « iso-contour » de la concentration moyenne en E. coli (NPP.100ml-1) du 01/07/06 au 28/09/06 (CASAGEC). (D'après Bergeron, 2007; modifié).


Acquisition des images satellites d’observation de la Terre MODIS Les couleurs

SPOT-5 FORMOSAT-2

36 images

Le capteur prend plusieurs images numériques en même temps, dans différentes longueurs d’onde

500–600 nm

4 images

1 scène MODIS = 36 images

600-700 nm

Résolution: 250m à 1km 800-900 nm

1,5-1,6 mm

4 images dans ≠ bandes spectrales

1 scène SPOT = 4 images Résolution: 5m


Le contenu d’une image couleur

Carte graphique

Vieux Boucau

Image SPOT 28 septembre 2008 Donostia

BandeB1

BandeB3 Les images satellites sont téléchargées ou livrées sous forme de DVD

Bande B4

R : B3 V : B2 B : B1

R : B4 V : B3 B : B1

Chaque image « couleur » est constituée par la superposition de 3 images en noir et blanc, placées dans les plan RVB de la carte graphique du PC


Le contenu d’un pixel

Chaque image « couleur » est constituée de pixels disposées en lignes et en colonnes. Chaque pixel contient ses coordonnées (latitude et longitude), les valeurs intrinsèques captées dans les bandes spectrales B1, B2, B3 par le satellite et… La traduction de ses valeurs en Rouge, Vert et Bleu par la carte graphique du PC


R: 15 → B3: 7,5 W/(m2.µm.sr) G: 10 → B2: 2,5 W/(m2.µm.sr) B: 144 → B1: 48 W/(m2.µm.sr) Dans chaque pixel est stocké les intensités lumineuses rétrodiffusées par la mer ou le sol dans les 3 bandes spectrales. Le capteur satellite SPOT enregistre les luminances dans 4 bandes spectrales, parmi bien d’autres valeurs. D’autres satellites comme MERIS enregistre 15 bandes spectrales entre 0,4 et 0,9 microns De l’espace jusqu’au sol, maintenant: trajet inverse


Bassin de l’Adour

http://www.eaufrance.fr


Plume turbide. 12 juin 2007. Batel-1 Plume turbide: 10 à 20mg/L Extérieur: 1 à 2mg/L

Plume turbide de l’Adour Adour


N.O. Côte de la Manche, Port de Bayonne

Plusieurs missions océanographiques sont réalisées chaque année à bord du Côtes de la Manche, Navire de l’INSU/CNRS Les missions océanographiques BATEL-1 (juin 2007) et BATEL-2 (Avril et juin 2009) avaient pour but de comparer les données satellites et les données in-situ


Stations de mesure BATEL-1 et BATEL-2

Mission BATEL-1: 4 – 14 juin 2007. 95 stations hydrologiques-optiques. Spectres Rrs, MES, chlorophylle, fluorescence, transmissométrie, CTD

Missions réalisées grâce à l’INSU/CNRS

Mission BATEL-2: 3-5 avril et 11-13 juin 2009. 53 stations hydrologiques-optiques. Spectres Rrs, MES, chlorophylle, fluorescence, transmissométrie, CTD


BATEL-1. 4-12 juin 2007. Conditions climatologiques

Après une crue d’orages (1000m3/s), avec des coefficients moyens et des vents de Nord passant à l’Est puis à l’Ouest D’après C. Petus


Mission BATEL-1 Bathysonde SBE-25 (AZTI) Température Salinité Turbidité Fluorescence Transmissométrie Eclairement PAR En fonction de la profondeur


Transmissomètre Transmissomètre Fluorimètre

Conductivité Température

Pression Oxygène dissous Fluorimètre


B28 5 juin, 14h10

A 4km à l'Ouest de l'embouchure de l'Adour Salinité (PSU)

25 0 2 4 Profondeur

6 8 10 12 14 16 18

27

29

31

33

35

37


B28

Transmittance 0 0

Profondeur (pression)

2 4 6 8 10 12 14 16 18

10

20

30

40

50

60

70

80

90


B28

Fluorescence 0.00 0 2 4 Profondeur

6 8 10 12 14 16 18

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80


L3 A la sortie de l'Adour

6 juin 15h30 SalinitĂŠ 0 0 2

Profondeur

4 6 8 10 12

5

10

15

20

25

30

35

40


L3 Transmittance 0 0 2

Profondeur

4 6 8 10 12

10

20

30

40

50

60

70

80

90


L3

Fluorescence 0.00 0 2

Profondeur

4 6 8 10 12

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50


B26 A 2km à l'Ouest de l'embouchure de l'Adour

4 juin, 17h45

Salinité PSU 25 0 2 4

Profondeur

6 8 10 12 14 16

27

29

31

33

35


B26

Transm ittance 0 0

2

4

Profondeur

6

8

10

12

14

16

10

20

30

40

50

60

70

80

90


B26

Fluorescence 0 0 2 4

Profondeur

6 8 10 12 14 16

1

2

3

4

5

6


B3

A 4km au large de Capbreton

5 juin, 10h15 SalinitĂŠ 25 0

Profondeur (pression)

2 4 6 8 10 12 14 16

27

29

31

33

35


B3

Transmittance 0 0

Profondeur (pression)

2 4 6 8 10 12 14 16

10

20

30

40

50

60

70

80

90


B3

Fluorescence 0.0 0

Profondeur (pression)

2 4 6 8 10 12 14 16

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8


B53 9 juin, 14h50

Entre Biarritz et Bidart, à 4km de la côte Salinité

25.0 0 2

Profondeur

4 6 8 10 12 14 16

27.0

29.0

31.0

33.0

35.0

37.0


B53

Transmittance 0 0 2

Profondeur

4 6 8 10 12 14 16

10

20

30

40

50

60

70

80


B53

Fluorescence 0.0 0 2

Profondeur

4 6 8 10 12 14 16

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0


B59 9 juin, 17h50

En face de Guetary, à 3km de la côte Salinité

25 0 2

Profondeur

4 6 8 10 12 14 16

27

29

31

33

35


B59

Transmittance 0 0 2

Profondeur

4 6 8 10 12 14 16

10

20

30

40

50

60

70

80

90


B59

Fluorescence 0 0 2

Profondeur

4 6 8 10 12 14 16

1

2

3

4

5

6

7

8


B64

10 juin, 11h20

Dans la Baie de St Jean de Luz SalinitĂŠs

25 0 1 2

Profondeur

3 4 5 6 7 8 9 10

27

29

31

33

35


B64

Transmittance 0 0 1 2

Profondeur

3 4 5 6 7 8 9 10

10

20

30

40

50

60

70

80


B64 Fluorescence 0 0 1 2

Profondeur

3 4 5 6 7 8 9 10

1

2

3

4

5

6

7

8


B66 10 juin, 13h20

Dans la Baie d'Hendaye SalinitĂŠ

25.0 0

Profondeur (pression)

2 4 6 8 10 12 14 16

27.0

29.0

31.0

33.0

35.0


B66 Transmittance 0 0

Profondeur (pression)

2 4 6 8 10 12 14 16

10

20

30

40

50

60

70

80


B66

Fluorescence 0 0

Profondeur (pression)

2 4 6 8 10 12 14 16

2

4

6

8

10

12


BATEL-1

Filtration sur membrane avec des pores de 0,7 microns

Prélèvement par bouteille hydrologique Niskin Filtres

Concentrations en MES (particules minérales) de 0,1 à 50mg/L Concentration en chlorophylle a de 0,1 à 10 mg/m3


Turbidimètre

Capteur Eprouvette

Eprouvette

Source de lumière

Plus la concentration en particules minérales est élevée et plus la turbidité est élevée Turbidité NTU Filtres → MES (mg/L) 20 18

A partir de cette abaque, la concentration en mg/L peut être calculée à partir de la mesure de turbidité

16

Turbidité NTU

14 12 10

y = 1.08x R2 = 0.97

8 6 4 2 0 0

2

4

6

8

10 MES (mg/L)

12

14

16

18

20

C. Petus


Mesure de terrain : calibration avec un spectroradiomètre 180° Intensités lumineuses ascendantes dans 256 longueurs d’onde: LUMINANCE (L)

Intensités lumineuses incidentes dans 256 longueurs d’onde ECLAIREMENT (Ed)

REFLECTANCE Rrs = L / Ed

Le satellite mesure L au dessus de l’atmosphère.

Spectroradiomètre Trios (Zeiss)

Prélèvement et analyse des échantillons (Bathysonde)


Capteur mesurant la luminance juste sous la surface de l’eau


BATEL-1. Adour. 5 juin 2007


Différents types de spectres de réflectance

Reflectance B26E

0.02 0.018 0.016 0.014

Rrs(sr-1)

0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

nm

Eau bleu.Reflectance Peu de particules en suspension Rrs OPTIC-CONGO (805)

Eau beige: particules terrigènes Reflectance B66

0.02

0.02

Pic de fluorescence

0.018

0.018

0.016

0.016 0.014

Rrs(sr-1)

0.014

Rrs(sr-1)

0.012 0.01

0.012 0.01 0.008 0.006

0.008

0.004

0.006

0.002

0.004

0 350

0.002 0 350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

nm

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

nm

Eau noire: matière organique dissoute (acides humiques)

Eau verte. Phytoplancton + part. térrigènes

900

950


Fluorescence naturelle

minéral Phytoplancton (chlorophylle a)

Une partie de la lumière naturelle est rétrodiffusée et une autre partie est émise (fluorescence) dans le rouge, à la longueur d’onde 0,680 microns.

Réflectance Rrs 0.005 0.0045 0.004 Rrs (sr-1)

0.0035 0.003

Pic de fluorescence

0.0025 0.002 0.0015

FLH

0.001 0.0005 0 350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

nm Station B34

La concentration en chlorophylle a est estimée à partir de l’amplitude du pic de fluorescence

C. Petus


Réflectance Rrs

620

0.045

A partir des spectres de réflectance (mesures optiques), les valeurs correspondant à la bande B1 du satellite MODIS sont extraites.

670

0.04 0.035

Rrs (sr-1)

0.03

20mg/L 0.025 0.02 0.015 0.01

1mg/L

0.005 0

Ces valeurs sont ensuite comparées aux concentrations en MES(mg/L) à la BATEL-1 surface de l’eau

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

nm

50

MES (mg/L)

40

30

20

y = 1062x R2 = 0.95

10

0 0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025 Rrs

0.030

0.035

0.040

0.045

900

950


La plume de l’Adour vue par le capteur MODIS le 4 avril 2008 à 11h20 Plus la réflectance est élevée et plus la concentration en mg/L est forte Mimizan

Donostia


Observation à partir de caméras à la Tour des Signaux (Anglet), D. Dailloux, 2008; CASAGEC Orientation de la plume turbide en fonction de l’orientation du vent (D. Dailloux, 2008) Le débit moyen de l’Adour oscille entre 100 et 400m3/s, mais en période de crue, il peut dépasser 2000m3/s


5 mars 2001 10h50 Modis/terra

MODIS (NASA)


12 mai 2002 10h45 Modis/Terra


8 mars 2003 11h10 Modis/terra

MODIS (NASA)


18 mars 2003 11h45 Modis/Terra


2 fĂŠvrier 2004 10h50 Modis/Terra

MODIS (NASA)


4 fĂŠvrier 2004 10h40 Modis/Terra


16 mai 2004 11h40 Modis/Terra


19 septembre 2005 11h20 Modis-Terra


14 mars 2006. ENVISAT/MERIS 10h20’

ENVISAT (ESA)


14 mars 2006 11h20 Modis/Terra


14 mars 2006 Modis/Terra 11h20’

14 mars 2006 Modis/Aqua 13h00’ MODIS (NASA)


La plume turbide est expulsée vers le Sud, mais son orientation générale est au Nord

11h20, Modis/Terra 13h00 Modis/Aqua Biarritz

St Jean de Luz MODIS 14 mars 2006

Déplacement maximum de 2800m de 11h20 à 13h.


5 juin 2007, 11h20, Modis/Terra

5 juin 2007, 13h05, Modis/Aqua BATEL-1


L'ADOUR à SAINT-VINCENT-DE-PAUL code station : Q3120010 producteur : DIREN Aquitaine

Débit de l’Adour à St Vincent de Paul en 2009


13 février 2009. 11h05, Modis/Terra

13 février 2009. 12h50, Modis/Aqua


Le rôle de la marée Déplacement rapide du front de la plume turbide BATEL-1. 12 juin 2007

15h

Lorsque la plume est peu développée, elle n’est visible qu’au cours du jusant. En fin de flot, elle n’est pas visible Déplacement de plus de 4km D’après C. Petus

15h10

15h45

16h10


Bouée dérivante GPS


BATEL-2. 5 avril 2009. Pendant le jusant, suivi d’une bouée dérivante avec GPS


Conclusion • La plume de l’Adour peut être observée par télédétection spatiale lorsque le débit est relativement fort et par faible débit si le jusant coïncide avec le passage du satellite et si le ciel est dégagé. • Les concentrations en particules terrigènes en suspension et en surface peuvent être estimées. • Le déplacement de la plume turbide peut être mesuré en comparant des images satellites (2 à 3 prises de vues / jour entre 10h et 14h). Ce déplacement est rapide entre l’embouchure et Biarritz. • Même par vent du Nord, la plume peut être déviée jusqu’à Biarritz si le débit est élevé. • Cette plume (marqueur des eaux douces) peut donner une idée du trajet des polluants éventuels, • Mais la turbidité en elle-même n’est pas un polluant. Ces résultats seront présentés dans la Thèse de C. PETUS en décembre 2009


JM Froidefond